JPS60261525A - 気体の精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気体の精製方法に関し、詳細には、水素、アル
ゴン、ヘリウム、窒素等の気体を圧力スイング式吸着法
により精製するに当たり、吸着剤再生排ガスを低温分離
装置へ供給して不純ガスを除き当該気体の濃度を高めた
後、原料気体と共に圧力スイング式吸着装置へ循環供給
することにより、当該気体の回収率を扁ν）る方法に開
するものである。

〔従来の技術〕

圧力スイング式吸着法とは、吸−’−、ｌ＋Ｎに対する
気体の吸着率が圧力によって’４Ｌ、＜Ｌわるという特
性を利用した気体の精製方法であり、水素をはじめとし
てアルゴン、ヘリウム、窒素等の名油気体を高純度に単
離する方法として広く実用化されているが、本明細書で
は特に水素の精製法を正体にして説明する。但しこの説
明は本発明を限定するものではなく、本発明は他の色々
なガスの精製に利用できるものである。

圧力スイング式吸着法を利用して水素の精製を行なうに
当たっては、原料ガスとして水屋濃度が９０〜９８％程
度の粗製水素ガスを使用し、モレキュラシーブ、活性炭
等の吸着剤を充填した圧力スイング式吸着装置へ上記粗
製水素ガスを供給して昇圧し、不純ガスを吸着剤に吸着
させて高粘度の水素ガス（例えば純度が９９．９９９％
程度）を得る。そして吸着剤が不純ガスで飽和されると
氷累積製効果が得られなくなるので、その状態に至った
時点又はそれより少し前に粗製水素ガスの供給を停止す
ると共に吸着装置内の圧力を低下させ、吸着剤に吸着さ
れた不純ガスを脱着しオフガスとして装置外へ放出させ
ることにより吸着剤の再生を行なう。再生を完了した後
は再び吸着装置内を昇圧して粗製水素ガスを供給し、該
水素ガスの精製を行なう。この様に加圧番吸着（精製）
と脱着（再生）を繰り返すことにより水素ガスの精製が
行なわれるが、通常は複数基の吸着装置を並設してＪき
、一部の吸着装置で精製を行なっているときは他の装置
では吸着剤の再生が併行して行なわれる様に切換え運転
可能なパイプラインを組み、装置全体としては精製と再
生を連続して平行的に行なう様にしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

こうした方法により前述の如く極めて高純度の１　水素
ガスを得ることができ、しかも操業を連続的に行なうこ
とができるので、圧力スイング式吸着法は水素に限らず
他の種々の高純度ガスを得る為の工業的な方法として極
めて優秀なものとされている。

ところがこの方法にも欠点がない訳ではなく、原料ガス
の組成によっては水素の回収率が７０〜８０％程度まで
【７か上がらないという問題が残されている。この点に
関しては、回収率が一応７０〜８０％というレベルを維
持しているという状況もあって、回収率を更に高めよう
とする研究は現在のところそれほど熱心に行なわれてお
らない様である。

しかし７０〜８０％という水素回収率は工業的にみて必
ずしも満足し得る値ではなく、原料ガスの水素濃度が９
０〜９８％というかなり高レベルのものであることを考
えれば、回収率を高めて精製ロスを少なくすることは極
めて有意義な結果を招くものと思われる。本発明はこう
した状況のもとで、圧力スイング式吸着法による水素（
或はその他の気体、以下同じ）の精製において精製水産
の回収率を飛躍的に高めることのできる技術を提供しよ
うとするものである。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は、前述の如く圧力スイング式吸着装置を用いて
気体の精製を行なうに当たり、吸着剤再生排ガスを原料
気体と共に前記吸着装置へ循環供給することにより精製
気体の回収率を高める方法であって、上記排ガスは、個
別に又は原料気体と共に低温分離装置へ供給して当該気
体の濃度を高めた後、前記吸着装置へ送り込むところに
要旨を有するものである。

〔作用〕

圧力スイング式吸着法による水素の精製実験で得た本発
明者等の知見によれば、前述の如く原料ガス中の水素を
７０〜８０％程度の回収率で精製・回収することができ
るが、２０〜８０％程度の水素は未回収のままで放出し
ている。そしてこの様な水素ロスを生ずる最大の要因は
、吸着剤再生排ガス中に多産の水素（水素濃度にして４
０〜６０％程度）が含まれており、この排ガスを無為に
放散している為であることが確認された。該再生排ガス
として相当量の水素が失なわれているという事実につい
ては、従来から当然確認されてはいたが、再生排ガス中
の水素濃度は」１記の様に原料ガス中の水素濃度に比べ
て極めて低く、これをそのまま原料ガスとして循環使用
すると、■不純ガス濃度が高くなり過ぎて精製水氷の純
度を十分に高めることが困髪になる、■吸着剤の不純ガ
ス吸着活性が短時間で低下する為圧力スイングのサイク
ルを著しく短かくしなければならず生産性が低下する、
といった問題が顕著に現われてくる為、結局のところ前
記再生排ガスを循環供給することは工業的に見てかえっ
てマイナス効果を招くだけであると考えられていたので
ある。

しかし再生排ガス中に含まれる約８０〜２０％相当の水
素を高純度製品とＬ７て回収できる様にすることが工業
的に極めて有効であることは言うまでもない。本発明は
こうした状況のもとで、製品ガスの純度や生産性を低下
させることなく、再生排ガス中の水素を効果的に回収可
能とし、高純度水素の回収率を飛躍的に高めることので
きる技術を提供しようとするものである。そしてこの様
な目的は、再生排ガスを個別に或は原料ガスと共に低温
分離装置へ供給し、再生ガス中の不純ガスを該低温分離
装置で除去して水素濃度を高め、しかる後圧力スイング
式吸着装置へ送り込む、という手段を採用することによ
って達成された。即ち本発明によれば、吸着剤再生排ガ
スを低温分離装置へ導き、水素濃度を高めた状態で圧力
スイング式吸着装置へ循環供給する方法であるから、再
生排ガスの再使用によって製品水素の純度が低下したり
或は吸着剤の吸着活性が短時間で低下する様な恐れがな
く、原料ガス中の水素の回収率を飛曙的に高めることが
できる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る精製法を例示する概略フロー図で
あり、比較的水素濃度の高い原料ガスを用いて圧力スイ
ング式吸着法により高純度水素を製造する場合の実施例
を示している。即ち本例で１［ ・（は、所定温度に調整した原料ガスＡを圧縮器１によ
って所定圧力まで昇圧した後、圧力スイング式吸着装置
ｆ２へ供給する。この吸着装置２には吸着剤の充填され
た複数の吸着器（図では２基）２ｄ。

２ｂが並設されており、図示（７ないバルブを操作して
該吸着器２ａ、２ｂを切換え使用４−ることによって、
原料ガスＡ中の不純ガスを吸着剤２ａ（又は２ｂ）によ
り吸着除去し、精製ガスυト出ライン８を経て高純度水
系ガス（９９，９９９％程度）を得る。また」−記精製
工相では、吸着器２ｂ（又は２ａ）の放圧による吸着剤
の再生がバルブ１．ＩＪｍえによって併行的に行なわれ
る。本５自明ではこの吸着再生排ガスＢをそのまま系り
１へ放出させるのではなく、再生排ガスυト出ライン４
から圧縮器６で所定圧力まで昇圧した後低温５］離装縁
６へ送り込む。低温分離装置６は、加圧された上記再生
１．Ｉ［ガスを極低温まで冷却して水素以夕１の不純ガ
スを凝縮分ＭＬ水素ガス濃度を高め得る機能を備えたも
のである限り構成の如何を問うものではないが、図では
寒冷発生装置７で得た冷媒（液体窒業等）によって保冷
された寒冷部８とフラッシュドフ１７９を備えた低温分
離装置６を用いている。即し加圧された上記再生排ガス
Ｂは、寒冷部８内に配信された導入ラインＬ１を通過し
つつ冷却された後、フラッシュドラム９内へ送り込まれ
る。そしてこのドラム９内で排ガス中の不純ガスは凝縮
し、パルプ１０を経てオフガスとして排出され、一方残
部の水素濃度の高められた再生排ガスＢ′は、原料ガス
供給ラインへ送って原料ガスＡと共に圧力スイング式吸
着装置２へ供給する。尚一般の圧力スイング式吸着装置
から排出される吸着剤再生排ガスの水素濃度は４０〜６
０％程度であるが、上記の様な低温分離装置を使用すれ
ば、フラッシュドラム９の析出側で水素濃度を９０〜９
８％程度にまで高めることができ、一方フラッシュドラ
ム９で凝縮分離されるオフガス中の水素濃度は１０〜２
０％であって、原料ガス中の全水素量の約１０％程度に
過ぎず、結局原料ガス中の水素回収率を約９０％に高め
ることができる。尚原料ガスの適正水素濃度は、圧力ス
イング式吸着装置２の能力や製品の目標水素濃度によっ
て変わり、フラッシュドラム９から原料ガスＡへ混入さ
れる分離済再生排ガスＢの水素濃度は上記原料ガスの水
素濃度とほぼ等しくするのが最も好ましいが、こうした
要請については低温分離装置６における処理温度や圧力
等をコントロールすることによって容易に対処すること
ができる。また図では寒冷発生装置７を低温分離装［６
とは個別に設けた例を示したが、寒冷発生機能を内蔵し
た低温分離装置を使用することも勿論可能である。更に
図では再生排ガスＢを低温分離装置６へ送るまでの過程
で圧縮する例を示したが、加圧装置を低温分離装置６内
に設けておくことも勿論可能である。

第２図は本発明の他の実施例を示すもので、水素濃度が
比較的低い原料ガスを精製する場合に適用される。即ち
原料ガスの水素濃度が比較的低い（例えば６０９６程度
以下）場合には、この原料ガスＡをそのまま圧力スイン
グ式吸着装置２へ供給すると、水素純度が目標値まで上
がらなかったり或は生産性が極端に低下することがある
。従ってこの様な場合は、原料ガスＡを圧縮器１で加圧
した後、まずｍ１図に示した様な低温分離装置６へ供給
して不純ガスの予備的除去が行なわれる。そして該分離
装置６のフラッシュドラム９から得られる粗製原料ガス
（水素濃度９０〜９８９６程度）Ａ′を圧力スイング式
吸着装置２へ送って前記と同様に水素の精製が行なわれ
る。この様な装置においては、圧力スイング式吸着装置
２から排出される吸着剤再生排ガス（水素濃度は例えば
９０〜９８％程度）Ｂを加圧前の原料ガスＡと合流させ
て圧縮器１を経て低温分離装置６へ送り込む。こうすれ
ば、再生排ガスＢ中の不純ガスを原料ガスＡの予備的精
製工程で同時に分離除去することができ、再生υトガス
中の水素の殆んどを圧力スイング式吸着装置２へ循環供
給し得ることになって、同時に水素の回収率を大幅に高
めることができる。尚この種の装置においては、低温分
離装置６で得られる粗製水素（９０〜９８％）の一部を
粗製品として抜き出すこともある。

第８図は本発明の更に他の実施例を示すもので、；　水
素濃度が比較的低い高圧原料ガスを使用する場合に適用
される。即ちこの場合は原料ガスＡが加圧状態で供給さ
れてくるので、このガスＡは圧縮器等を経ることな（そ
のまま低温分離装置６へ送って水素濃度を高め、しかる
後圧力スイング式吸着装置２へ供給される。そして該吸
着装備２から排出される吸着剤再生排ガスＢは、圧縮器
ｌで原料ガスＡの保有圧力程度まで昇圧した後原料ガス
Ａと合流させ、原料ガスＡの粗製と同時に不純ガスを分
離除去して圧力スイング式吸着装置２へ循環供給する。

この様に本発明では、原料ガスの水素濃度や圧力等によ
って具体的な処理工程は若干具なるが、要は圧力スイン
グ式吸着装置から排出される吸着剤再生排ガスを低温分
離装置で処理して水素濃度を高めた後、圧力スイング式
吸着装置へ循環供給するところに要旨を有するものであ
り、圧力スイング式吸着装置及び低温分離装置の構造や
操作条件等は原料ガスの水素濃度や精製水素の目標濃度
等に応じて任意に変更することができ、それらはいずれ
も本発明の技術的範囲に含まれる。また」；記では水素
の精製を主体にして説明してきたが、圧力スイング式吸
着装置及び低温吸着装置の操作条件（吸着剤の種類や温
度、圧力等を含む）を適正に調整すればヘリウム、アル
ゴン、窒素、酸素等、他の種々の気体の精製にも同様に
適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
れば次の通りである。

■原料ガスの純度にもよるが、例えば９０〜９８％程度
の水素ガスを使用した場合、従来法で得られる水素回収
率はせいぜい７５〜８０９６程度であるが、本発明の再
生排ガス循環供給法を採用すれば水素回収率を９０％以
上に高めることができ、水素ロスを激減することができ
る。

■再生排ガスは、低温分離装置で水素濃度を高めた後圧
力スイング式吸着装置へ送給されるので、精製ガスの純
度が低下したり精製効率が低下する様な懸念が全くない
。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は本発明の実施例を示す概略フロー図である
。 Ａ・・・原料ガス、　Ｂ・・吸着剤再生排ガス、２・・
・圧力スイング式吸着装置、 ６・・・低温分離装置。 出願人株式会社神戸敦鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧力スイング式吸着装置を用いて気体の精製を行なうに
   当たり、吸着剤再生排ガスを原料気体と共に前記吸着装
   置へｍ環供給することにより精製された気体の回収率を
   高める方法であって、上記排ガスは、個別に又は原料気
   体と共に低温分離装置へ供給して当該気体の濃度を高め
   た後、前記吸着装置へ送り込むことを特徴とする圧力ス
   イング式吸着法による気体の精製方法。